CN110194605B - 一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固废处理技术领域，特别涉及一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法。首先根据磷石膏中水溶磷的含量，确定加入石灰石粉及电石渣粉的混合物的量，然后煅烧得到石膏粉，然后通过向石膏里面添加吸水性的生石灰、聚乙二醇，减弱吸湿对建筑石膏的影响，提高储存期及性能；根据粒径差异，使生石灰包覆在石膏粉上，环境中的水分优先被石灰吸收，最后变成碳酸钙作为保护壳提高建筑石膏的耐水性；同时聚乙二醇作为稳定剂，阻止石膏粉的团聚；同时也作为吸水剂，进一步提高储存期，制备的建筑石膏具有储存时间长、耐水性高、强度大、抗冻性高的性质。
Description
技术领域
本发明属于固废处理技术领域，特别涉及一种利用磷复肥固废磷石膏制备建筑石膏的方法。
背景技术
磷石膏为生产高浓度磷复肥时产生的一种工业副产石膏，主要成分也是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)；产生量也快速增加，由2000年的1100万吨增加到2008年的4000多万吨，累计堆存量超过1亿吨。无论是国内还是国外，磷石膏资源化利用情况都不令人满意。全世界磷石膏的有效利用率仅为4.5％左右，也就是说全世界每年得到综合利用的磷石膏只有12.6Mt。电石渣，电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣。1t电石加水可生成300 kg乙炔气，同时生成10t含固量约12%的工业废液，俗称电石渣浆。
建筑石膏，以β型半水石膏为主要成分，不添加任何外加剂，主要用于制作石膏建筑制品。建筑石膏的主要用途有：制成石膏抹灰材料、各种墙体材料。建筑石膏的密度为2.50-2.80g/cm3，堆积密度为800-1100kg/m3。
磷石膏杂质含量很不稳定，其中酸性杂质严重腐蚀设备等问题得不到有效解决，所以造成利用困难。磷石膏的再利用必须经过净化处理，目前公知的净化处理方法是水洗法、中和法和高温闪烧法，水洗法是将磷石膏用清水洗涤1-4次，清除磷石膏中部分游离酸等，然后烘干、造粒，脱水后生产建筑石膏，采用水洗法需消耗大量水，且造成二次污染，同时，水分的存在使得耗能较大。生石灰中和法，此法能有效的中和磷石膏中的游离酸，且生石灰氧化钙不能直接取材于自然界，需在900℃下煅烧石灰石制得，耗能大。高温闪蒸法特点是物料在窑内高温状态下急速通过，磷石膏脱水生成半水石膏粉，磷石膏中有机磷挥发，无机磷变为焦磷酸钙惰性物质，对半水石膏产品性能没有有害作用，经急速冷却形成β型半水石膏粉，缺点是煅烧温度高，能量消耗大，另外该工艺的闪蒸温度控制较为困难，因而产品质量不稳定。
同时建筑石膏具有以下特性：(1)孔隙率大(约占50%-60%)，强度低。石膏的理论需水量为18.6%，但为了使石膏具有必要的可塑性，通常加水量达60%-80%，水蒸发后留下大量孔隙，所以孔隙率很大。一等石膏硬化后1天强度约5-8MPa，7天最大强度可达8-12MPa；(2)凝结硬化快。3-5min内即可凝结，终凝不超过30min。在应用时需掺加缓凝剂。如，棚砂、酒石酸钾钠、拧橡酸、聚乙烯醇、石灰活化骨胶或皮胶等。(3)硬化后体积微膨胀，膨胀率约1%。(4)耐水性、抗冻性差。建筑石膏硬化后具有很强的吸湿性，在潮湿环境中，晶体间粘结力削弱，强度显著降低。吸水后受冻，孔隙中水分结冰而是使石膏崩裂。(5)防火性好。遇火灾时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，表面生成的无水石膏是良好的绝缘体。
根据强度、细度和凝结时间等技术要求分为优等品、一等品、合格品。储存3个月强度降低30%，超过3个月应重新进行质量检验，确定等级。
发明内容
磷石膏的累计堆存量超过1亿吨，针对现有磷石膏的综合开发及其制备建筑石膏中存在的问题，本发明提供了一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法，通过添加碱性物质，改变磷石膏的酸性；通过添加聚乙二醇、及生石灰，减弱吸湿对建筑石膏的影响，提高储存期及性能，得到高品质建筑石膏。
一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法，包括以下步骤：
（1）预处理：根据磷石膏中水溶磷的含量，向磷石膏中加入石灰石粉及电石渣粉的混合物，粉碎；
（2）煅烧：将步骤（1）中的混合物在普通建筑石膏煅烧设备中恒温处理，物料温度为150-210℃反应15-25 h；
（3）粉磨：降温，冷却到50-60℃；粉磨过100目筛子，得石膏粉；
（4）覆膜：向步骤（3）得到的石膏粉上喷淋聚乙二醇；
（4）混料：均匀撒入生石灰，混合均匀，即得建筑石膏。
所述的步骤（1）中的石灰石粉及电石渣粉的加入量为磷石膏中磷质量的5-20倍。
所述的步骤（4）中聚乙二醇的加入量为石膏粉重量的1-5%。
优选地，所述的步骤（4）中聚乙二醇的加入量为石膏粉重量的3 %。
所述的步骤（5）中生石灰的目数为200目，加入量为石膏粉质量的12-18 %。
优选地，所述的步骤（5）中生石灰的加入量为石膏粉质量的15 %。
采用上述方法制备的建筑石膏。
本发明采用石灰石粉及工业固废电石渣粉改善磷石膏的酸性及其中有害的元素，能够将磷石膏中的有害杂质可溶性磷、氟得到有效处理，通过转化反应，使对磷石膏制品影响最大的可溶性磷、氟转化为对石膏制品无害的惰性磷、氟；采用200目的生石灰均匀使其包覆在包覆有聚乙二醇的100目石膏粉，当环境中水分存在时，由于石灰包裹的石膏粉表面，水分优先被石灰吸收，且石灰在空气中碳酸气的影响下会转变为碳酸钙，碳酸钙的溶解度是0.0132gAd约为石膏溶解度的1/200，此时制品内的细粒实际为不溶于水的碳酸钙的保护壳所包覆，因此石膏石灰混合物的耐水性大幅度提高；另外聚乙二醇覆盖在石膏粉的表面，作为稳定剂阻止石膏粉的团聚，同时其也可吸附水分，进一步保证建筑石膏的储存期；最后生石灰在表面与聚乙二醇还会发生一些化学水化效应以形成强度的机械效应，提高强度。
本发明的有益效果
1、耐水性提高
石灰在空气中碳酸气的影响下会转变为碳酸钙，碳酸钙的溶解度是0.0132gAd约为石膏溶解度的1/200。此时制品内的细粒实际为不溶于水的碳酸钙的保护壳所包覆，因此石膏石灰混合物的耐水性大幅度提高。
2、储存期延长
石灰优先吸收环境中的水分，同时聚乙二醇作为稳定剂及吸水剂，包覆在石膏粉的表面，阻止石膏粉的团聚，两者相辅相成，提高建筑石膏的储存期。本申请制备的建筑石膏，在常规的存放条件下，可以存放7-9个月，而现阶段储存时间一般为3个月。
生石灰的水化凝固，使它起着使胶凝材料在水下也能凝固并生成高强度的特殊"水硬性"胶凝材料的作用，由于生石灰能提高石膏的密实性，从而对其抗冻性也有显著提高。
3、固废处理
将工业副产物磷石膏，通过工业固废电石渣结合石灰石粉的作用，在较低的温度下，改善其酸性和有害杂质，得到石膏粉，然后加入聚乙二醇、生石灰，对经过合理的工艺处理，制备得到高品质的建筑石膏。实现对磷石膏及电石渣的综合开发及解决现阶段建筑石膏存在的问题。
具体实施方式
本实施例中的磷石膏是山东某磷肥厂生产过程中的废弃物，主要成分也是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)；主要成分是CaSO4·2H2O和Na2SiF6，残存有磷酸、硫酸和氢氟酸，pH为2.5，含水量为25-28％，磷石膏主要以颗粒形式存在，其颗粒半径为0.15 mm，磷石膏的密度为2.30g/cm3。根据磷石膏分析标准《GB /T23456-2009磷石膏》中规定的水溶磷的测定方法测定水溶磷的含量0.3%。
实施例1
一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法，包括以下步骤：
（1）预处理：取磷石膏1 kg，加入石灰石粉及电石渣粉的1:1混合物15 g，粉碎机中粉碎；
（2）煅烧：将步骤（1）中的混合物在普通建筑石膏煅烧设备中恒温处理，物料温度为150℃反应25 h；
（3）粉磨：降温，冷却到50-60℃；粉磨过100目筛子，得石膏粉；
（4）覆膜：向步骤（3）得到的石膏粉上喷淋聚乙二醇10 g；
（4）混料：均匀撒入目数为200目的生石灰120 g，混合均匀，即得建筑石膏。
实施例2
一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法，包括以下步骤：
（1）预处理：取磷石膏1 kg，加入石灰石粉及电石渣粉的1:1混合物60 g，粉碎机中粉碎；
（2）煅烧：将步骤（1）中的混合物在普通建筑石膏煅烧设备中恒温处理，物料温度为210℃反应15 h；
（3）粉磨：降温，冷却到50-60℃；粉磨过100目筛子，得石膏粉；
（4）覆膜：向步骤（3）得到的石膏粉上喷淋聚乙二醇50 g；
（4）混料：均匀撒入目数为200目的生石灰180 g，混合均匀，即得建筑石膏。
实施例3
一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法，包括以下步骤：
（1）预处理：取磷石膏1 kg，加入石灰石粉及电石渣粉的1:1混合物40 g，粉碎机中粉碎；
（2）煅烧：将步骤（1）中的混合物在普通建筑石膏煅烧设备中恒温处理，物料温度为180℃反应20 h；
（3）粉磨：降温，冷却到50-60℃；粉磨过100目筛子，得石膏粉；
（4）覆膜：向步骤（3）得到的石膏粉上喷淋聚乙二醇30 g；
（4）混料：均匀撒入目数为200目的生石灰160 g，混合均匀，即得建筑石膏。
对比例1
一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法，包括以下步骤：
（1）预处理：取磷石膏1 kg，加入石灰石粉及电石渣粉的1:1混合物40 g，粉碎机中粉碎；
（2）煅烧：将步骤（1）中的混合物在普通建筑石膏煅烧设备中恒温处理，物料温度为180℃反应20 h；
（3）粉磨：降温，冷却到50-60℃；粉磨过100目筛子，得石膏粉；
（4）混料：均匀撒入目数为200目的生石灰160 g，混合均匀，即得建筑石膏。
对比例2
一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法，包括以下步骤：
（1）预处理：取磷石膏1 kg，加入石灰石粉及电石渣粉的1:1混合物40 g，粉碎机中粉碎；
（2）煅烧：将步骤（1）中的混合物在普通建筑石膏煅烧设备中恒温处理，物料温度为180℃反应20 h；
（3）粉磨：降温，冷却到50-60℃；粉磨过100目筛子，得石膏粉；
（4）覆膜：向步骤（3）得到的石膏粉上喷淋聚乙二醇30 g，即得建筑石膏。
将实施例1-3及对比例1、2制备的石膏放入温度为25-35℃、湿度为30-40%的同一库房存放。
实施例1-3及对比例1、2制备的建筑石膏，每隔一个月取样一次测试强度，按照GB/T 9776-2008 建筑石膏的国家标准规定的等级分析（见表1），并按照其中所述的方法测抗压强度，来判断产品是否符合国家标准，具体数据见表2。
表1石膏的等级分类
| 等级 | 优等品 | 一等品 | 合格品 |
| 抗折强度 | 2.5MPa | 2.1MPa | 1.8 MPa |
| 抗压强度 | 4.9 MPa | 3.9 MPa | 2.9 MPa |
表2实施例1-3及对比例1的石膏保存不同时期的等级变化（按照抗压强度分析）
Claims (4)
1.一种利用磷石膏制备建筑石膏的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理：根据磷石膏中水溶磷的含量，向磷石膏中加入石灰石粉及电石渣粉的混合物，粉碎；所述的步骤（1）中的石灰石粉及电石渣粉的加入量为磷石膏中磷质量的5-20倍；
（2）煅烧：将步骤（1）中的混合物在普通建筑石膏煅烧设备中恒温处理，物料温度为150-210℃反应15-25 h；
（3）粉磨：降温，冷却到50-60℃；粉磨过100目筛子，得石膏粉；
（4）覆膜：向步骤（3）得到的石膏粉上喷淋聚乙二醇；所述的步骤（4）中聚乙二醇的加入量为石膏粉重量的1-5%；
（5）混料：均匀撒入生石灰，混合均匀，即得建筑石膏；
所述的步骤（5）中生石灰的目数为200目，加入量为石膏粉质量的12-18 %。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤（4）中聚乙二醇的加入量为石膏粉重量的3 %。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤（5）中生石灰的加入量为石膏粉质量的15 %。
4.一种如权利要求1所述的方法制备的建筑石膏。
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